黄土高原中部晚第四纪以来植被演化的元素碳碳同位素记录

黄土高原地质历史时期原生植被类型, C₃/C₄植物的时空演化规律等, 一直是黄土研究中争论较多的问题, 而黄土剖面元素碳碳同位素(δ¹³Cec)记录可能为植被演替变化提供新的依据. 元素碳(EC)是植被不完全燃烧的产物, 其碳同位素较先体植被变化很小, 从而可利用δ¹³Cec记录反演植被变化. 采用化学氧化法提取黄土高原中部灵台剖面黄土-古土壤序列中的EC物质, 并进行δ¹³Cec分析. 结果表明, 该地区为C₃, C₄植物混合植被类型, 大多数时段以C₃植物为主. 晚第四纪以来, 黄土高原C₃, C₄植物变化可能并不遵循简单的冰期-间冰期旋回变化模式, 而是呈现波动变化: L4时期C₃植物逐渐增多, S3时期C₃植物较多; L3~L2时期C₄植物增多; S1~S0时期C3植物再次增多. 在古土壤发育时期中, S3, S1时期C₃植物较多, S2和S0时期C4植物相对较多. 在黄土堆积时期中, L4和L1时期C₃植物较多, L3和L2时期C₄植物相对较多. 在冰期-间冰期旋回尺度上, δ¹³Cec揭示的植被变化与孢粉资料得到的结果较为一致; 与有机碳碳同位素(δ¹³Corg)所揭示的植被变化仅在末次冰期以来的时期较为一致.     

370 ka以来灵台黄土剖面元素碳记录及其对气候环境变化的响应

通过测定灵台黄土剖面370 ka来黄土-古土壤样的元素碳含量, 结合相关孢粉资料及古气候替代性指标, 讨论了该地区天然火的历史及其与气候、植被的关系. 灵台剖面元素碳含量谷值和峰值出现时的气候状况及变化特征, 表明气候不稳定的过渡时期, 特别是湿润转向干旱的时期容易发生大火. 各层黄土-古土壤元素碳含量变化规律为: 冰期低、间冰期高, 反映区域(或全球)生物量变化. 元素碳含量在130 kaBP前后呈阶段性增加趋势, 表明植被类型、气候格局发生了变化, CO₂浓度阶段性增加可能是其中原因之一. 元素碳含量总体上随时间呈上升的趋势, 可能反映了干旱化趋势的加剧. 全新世元素碳含量出现最大峰值, 反映了距今约六千年的气候突变事件, 以及人类活动导致火灾更为频繁的发生.     

最近13万年黄土高原季风变迁的磁化率证据

黄土高原的近代褐土属季风气候条件下的地带性土壤。黄土-古土壤序列中褐土型古土壤和黑垆土的微形态特征及所保存的生物遗存,指示了干湿季节分明和高温与多雨季节相一致的季风气候特点。黄土高原古土壤和黄土交替出现的变化序列记录了过去夏季风(东     

大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ13CSC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值与磁化率的变化基本同步,δ13CSC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO2的介入会导致δ13CSC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C4植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低δ13CSC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L2的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40～30 kaBP的青藏高原"高温大降水事件"的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.     

西安附近黄土中红褐色古土壤发育时的植被与气候

我国黄土中发育有很明显的红褐色古土壤,尤以黄土高原东南部为最发育,多者可达40余层。根据古土壤特性等的研究,前人一般认为属褐土型古土壤,形成时的植被为森林草原型。笔者近年来对西安附近黄土中的红褐色古土壤进行了孢粉分析,发现了枫杨(Pterocarya)、栗(Castanea)、杜鹃科(Ericaceae)、黄杞(Engelhard)等的花粉,它们能够指示当时的植被类     

末次间冰期黄土高原夏季风气候的初步研究

中国黄土-古土壤地层序列的古气候研究表明,黄土高原的黄土是冬季风的产物,与之相间的古土壤则发育于夏季风环境效应优势期.约130～70kaB.P.的末次间冰期,黄土高原以夏季风强盛为其基本气候特点,发育了一套由三层复合的、成壤作用较强的古土壤S1.为了半定量地恢复这一时期黄土高原夏季风气候,我们布置了几乎覆盖整个黄土高原的三条大剖面线(图1(a)),沿线尽可能等间距选择典型地层剖面,对末次间冰期以来黄土-古土壤序列进行了实测,对各剖面的夏季风替代性指标-磁化率作了较为系统的测量.通过对104个地     

蓝田玉山第四纪中后期黄土-古土壤序列环境磁学研究

用岩石磁学的各种方法反演沉积物中磁性矿物性质的变化是重建古气候历史的一个重要途径. 对位于黄土高原东南缘的陕西蓝田县玉山剖面厚约40 m的黄土-古土壤地层(L15~S5, L和S分别指示黄土层和古土壤层, 下同)进行了详细的磁学测量. 研究表明, 磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿、针铁矿是本剖面沉积物的主要载磁矿物. 典型层位样品的热磁分析显示成壤强度越高的沉积物加热前后磁化强度变化越小, 这可能与黄土沉积受次生改造的程度有关. 多个磁学参数记录表明, 玉山剖面L15~S5时期黄土沉积和古土壤次生发育所反映的古气候变化特征与黄土高原其他相关记录以及深海沉积记录都有显著区别, 这反映出区域地质背景的巨大影响. 从S9-1向L9的快速剧烈转变, 以及在转变前后两个阶段(L15~S9-1, L9~S6的底部)的古气候演化趋势的明显不同, 同时也反映了这一时期东亚夏季风和冬季风的消长对本区古气候磁性载体的强烈改造.     

最近800ka黄土高原夏季风变迁的稳定同位素证据

近两年来,安芷生等认为黄土高原的黄土-古土壤序列记录了最近250万年亚洲冬季风占优势(以黄土为代表)和夏季风占优势(以古土壤为代表)气候期相互交替的变迁历史。黄土和古土壤中提取的稳定同位素信息表明,有机碳δ~(13)C值可作为黄土高原过去植被状况乃至生     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于−22.6‰ ~ −27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.     

黄土高原黄土地层古人类遗迹年代研究新进展

自1920年以来,在中国黄土高原及邻近地区的黄土及河湖相地层分布区发现了大量的古人类活动遗迹地点,其中包括著名的泥河湾、水洞沟、萨拉乌苏、丁村、大荔、匼河-西侯度、庄浪、庆阳、三门峡、东秦岭地区以及蓝田地区等.在陕西蓝田的最新研究进展是运用第四纪地质学与古人类学和旧石器考古学交叉学科的综合研究方法,以黄土-古土壤序列和高分辨率磁性地层年代框架为依据,发现了公王岭遗址黄土地层的强烈侵蚀和多组地层缺失,确定了直立人头盖骨与伴生的古动物化石所埋藏的地层不是前人原确定的粉砂质黄土L15中部(年代为1.15 Ma),而是位于一个大侵蚀面之下的S22～S23古土壤混合层(年代为1.63 Ma).同时,在蓝田上陈一带发现了新的出露良好的连续黄土-古土壤剖面(L5～L28),并在早更新世S15～L28层段的17层黄土或古土壤层位中发现了原地埋藏的数量不等的旧石器,其年代为1.26～2.12 Ma.研究结果使蓝田地区成为迄今所知非洲以外最古老的人类活动地区之一,这不仅在人类起源和演化方面提出了新的科学思考,并拓展了"黄土石器工业"和"黄土地质考古带"的研究方向,提出了中国黄土高原高分辨率黄土-古土壤序列与多时期古人类活动序列关联研究的新设想.     

最近130ka黄土高原夏季风变迁的Rb和Sr地球化学证据

我国的黄土-古土壤序列完整地记录了最近2.5Ma东亚古气候的变化,其中的磁化率被证明是指示夏季风环流强弱的一个较好的代用指标.近年来,有关黄土和古土壤中磁化率成因已有多种模式提出,研究工作仍在深入.为此,从地球化学角度出发,在黄土-古土壤剖面中找出分辨率高、指示性强、成因清楚的气候代用指标,对于揭示磁化率的成因和指示古气候的变化均有重要意义.笔者在分析了大量元素之后,选择了Rb和Sr进行深入探讨,取得了较为满意的结果.由于Rb和Sr表生地球化学行为主要受风化成壤作用强度,尤其是土壤湿度控制,因此黄土-古土壤中Rb/Sr比有可能成为揭示黄土高原夏季风变迁历史的又一替代性指标.1 样品的采集与分析样品采自洛川黑木沟剖面,该剖面位于陕西省洛川县城南约5km(35°45′N,109°25′E).采样层位包括全新世黑垆土(S_0)、马兰黄土(L_1)、离石黄土顶部第1层古土壤(S_1)及其下伏黄土(L_2).采样从黑垆土底部开始,采样间距20cm.样品同时进行磁化率测试和Rb和Sr的含量分析.磁化率测量在中国科学院西安黄土与第四纪地质国家重点实验室完成,采用英国Bartington公司制造的MS2磁化率仪进行测试.Rb和Sr含量分析在南京大学现代分析中心进行,采用X射线荧光光谱方法(XRF),其分析误差为±1(×10~(-6)).     

900 ka以来黄土-古土壤序列记录的风尘铁含量变化及其古气候意义

风尘中所含的铁是海洋生物的营养元素, 对浮游生物的生产力有重要影响, 从而对海洋吸收CO₂的量有调节作用, 进而影响全球气候. 从亚洲内陆产生的粉尘不仅堆积于黄土高原, 形成黄土-古土壤序列, 而且落入北太平洋等海域. 基于黄土高原中部的西峰和长武两个剖面, 对900 ka 以来风尘的铁含量及其时域变化特征进行分析, 结果表明, 不同时期的风尘铁含量具有明显的变化. 铁含量的波动总体上与冰期-间冰期旋回的变化差异较大, 不具明显的100 ka的周期, 而具有较强的准20 ka的周期和清晰的准40 ka周期, 显示北半球太阳辐射的变化对风尘铁含量有明显的控制作用. 900 ka以来, S5-1古土壤(深海氧同位素阶段13)的铁含量最高, 对应于900 ka以来大洋碳同位素值最高的时期, 表明该事件具有全球性的意义.     

黄土高原中部S1古土壤次生碳酸盐稳定同位素组成与成因初探

我国黄土高原的黄土-古土壤序列是干旱-半干旱气候条件下的产物,富含碳酸盐物质.这些碳酸盐矿物一部分是由风力从源区带来的(原生碳酸盐),另一部分则是在风化成壤阶段形成的(次生碳酸盐).近年来利用黄土-古土壤中碳酸盐同位素组成追索我国黄土高原末次间冰期以来的古气候变迁,已经引起了一些研究者的注意.然而,由于已有的研究采用全岩样品,所得的分析结果可能包含了不同比例的原生碳酸盐的混合,使分析结果的解释复杂化.因此很需要对较纯的次生碳酸盐同位素组成作细致分析以求更加可信的数据.黄土高原中部的S_1古土壤是末次间冰期的产物.其中发育有清晰可辨的次生碳酸盐胶膜和菌丝体,是研究黄土高原中部末次间冰期古气候和古生态的极好样品.为此,我们选择洛川、西峰和段家坡3个采样点从中挑选出较纯的次生碳酸盐胶膜作对比研究.其目的是:(1)测定黄土剖面古土壤中纯次生碳酸盐的稳定同位素组成;(2)对土壤碳酸盐C,O同位素组成与古季风的关系作一初步探讨.     

青藏高原东北部黄土堆积的岩石磁学性质及其古气候意义

对青藏高原东北部青海拉拉口、盘子山和东川等地的黄土-古土壤样品进行的磁化率、频率磁化率、c-T曲线、饱和等温剩磁和磁滞回线等测试分析结果表明, 晚第四纪青藏高原东北部风尘堆积黄土和古土壤中的磁性矿物都以磁铁矿为主, 还有磁赤铁矿和赤铁矿. 古土壤中的磁赤铁矿含量高于黄土, 说明在成壤过程中除了形成赤铁矿外, 还新生成了磁赤铁矿, 这些土壤成因的磁赤铁矿使古土壤磁化率明显增强. 这与六盘山以东黄土高原的黄土-古土壤具有相似的特征. 另一方面, 青藏高原东北部的黄土层和古土壤层中的亚铁磁性矿物的平均粒度都是准单畴, 但黄土层中亚铁磁性矿物的平均粒度较粗, 明显偏向多畴区域. 研究区黄土-古土壤序列的磁化率高低与超顺磁颗粒的含量和土壤发育强度基本呈正相关. 气候作用是主导高原黄土-古土壤磁化率增强的主要因素, 即温湿气候增强土壤化作用, 从而导致磁化率增强.     

青藏高原东北缘黄土粒度记录的末次冰期千年尺度气候变化

末次冰期以来, 北半球高纬地区气候变化是否对青藏高原地区高原季风产生影响以及高原季风本身的变化规律是仍未解决的重要科学问题. 22 m厚的青藏高原东北部合作盆地黄土-古土壤剖面高分辨率的粒度记录表明, 末次冰期以来青藏高原冬季风存在明显的可与北半球高纬地区相对比的千年尺度变化, 但对冷事件(Heinrich事件)的响应明显强于对暖事件(Dansgarrd-Oeschger事件)的响应, 表明北半球高纬地区气候对青藏高原冬季风和高空西风同样产生了深刻影响. 在万年尺度上, 高原冬季风存在两个明显不同于北半球高纬地区气候记录的变化, 一是在36 kaBP附近(H4事件)发生了一次明显的突变增强; 二是在43~36 kaBP期间, 高原冬季风显著减弱, 可能指示了高原冬季风在万年尺度上除了受到北半球高纬地区气候系统影响外, 还受到其他因子的影响.     

塞尔维亚黄土的磁学性质及其环境意义

多瑙河流域的塞尔维亚发育着典型的风积黄土-古土壤地层,形成年代至少早于80万年.对塞尔维亚L1～S4黄土古土壤序列进行了系统的磁学参数测量分析,表明塞尔维亚黄土古土壤磁化率性质总体上与中国黄土高原是一致的,即磁化率的变化与成壤强度基本上呈正相关关系.无论是黄土层还是古土壤层,对磁化率起主要贡献的是细粒的超顺磁(SP)颗粒和单畴(SD)颗粒,多畴(MD)颗粒所占比例较小.磁化率在黄土层和古土壤层出现的差异,与成壤作用密切相关.随着成壤作用的增强(从黄土发育至古土壤),细粒的亚铁磁性矿物含量随之增加,样品中强磁性的磁性矿物逐渐增多,磁化率增强.高温热磁曲线研究表明,黄土层样品中对磁化率起主要贡献的是磁铁矿和磁赤铁矿,古土壤层样品则主要为磁铁矿,磁赤铁矿只占有较小的比例,特别是S3和S4古土壤样品,甚至在加热和退热过程中表现出有可逆变化的趋势,表明该剖面S3和S4古土壤层发育期间的成土条件,已经使得磁赤铁矿不再稳定,发生溶解改变,可能暗示了当时更加湿润的成土环境已经超过磁赤铁矿的稳定临界条件.     

贺兰山第四纪冰川特征及其与气候和构造之间的耦合关系

贺兰山(3556m)是中国东部存在确切第四纪冰川遗迹的山地之一,是我国季风区与非季风区、温带草原与荒漠草原的分界线,对于研究中国东、西部冰川发育特点以及青藏高原边缘山地冰川发育与气候和构造之间的耦合关系具有十分重要的科学意义.野外地貌调查与室内光释光(OSL)、加速器质谱碳十四(AMS14C)对冰川、黄土以及湖相沉积物年代测定结果显示,在贺兰山主峰周围海拔2800m以上保存着古冰川侵蚀与堆积地貌,第四纪冰川发生的时限较晚,时代上限为末次冰期中冰阶,对应深海氧同位素MIS3中期(43.2±4.0ka)、末次冰盛期(LGM,~18ka)、晚冰期(12.0±1.1ka)和新冰期(3.4±0.3ka),冰川作用的阶段性明显.采用深海氧同位素曲线(MIS)代表共和运动(150ka)以来的冰川平衡线变化,并用末次冰盛期的平衡线(2980m)以及现代理论雪线高度值(4724m)作为平衡线的最大振幅,以3.5mm/a作为贺兰山体的抬升速率,探讨了末次冰期以来贺兰山山体高度与冰川作用之间的关系,并与黄土-古土壤等反应气候环境变化的指标对比,认为贺兰山地区第四纪冰川作用是山体的构造抬升与气候条件耦合的结果,即"共和运动"之后山体抬升到与末次冰期气候耦合的高度,开始发育冰川.     

末次间冰期5e亚阶段夏季风快速变化的环境岩石磁学研究

末次间冰期古土壤和黄土百年－千年尺度系统的环境岩石磁学研究表明,亚洲夏季风在相当深海氧同位素５ｅ亚阶段曾有过急剧的波动,表现为３峰２谷,峰谷延续时间约为１￣２ｋａ,其中中央年龄在约１２０．５ｋａ的谷４最醒目,指示夏季风的减弱几乎达到冰期的水平,反映夏季风在末次间冰期中呈不稳定性变化。     

大荔人化石地层的年龄

对大荔人化石埋藏地点的地貌、沉积地层剖面层序的调查和气候年代学研究表明，大荔人所在地层剖面是由上部的黄土－古土壤序列和下部的河流相砂砾层组成，而在上部黄土－古土壤序列中发育有相当于黄土高原的黄土L1，古土壤S1，黄土L2和古土壤S2的地层；含大荔人化石的地层位于古土壤S2之下13m处的河流相地层中。根据黄土－古土壤的红外释光（IRSL）测年、大荔人化石层的贝壳化石电子自旋共振（ESR）测年和哺乳动物牙齿化石的铀系测年等多种技术测年的综合结果，认为大荔人化石所在地层的年龄应大于距今约260ka和小于距今约350ka，比较合理的估计应为距今260-300ka。     

大荔黄土-古土壤序列δ 13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ ¹³C_SC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ ¹³C_SC值与磁化率的变化基本同步, δ ¹³C_SC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO₂的介入会导致δ ¹³C_SC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C₄植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低 δ ¹³C_SC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L₂的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40~30 kaBP的青藏高原“高温大降水事件”的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.